A historia dos imáns permanentes de terras raras para motores

Elementos de terras raras (imáns permanentes de terras raras) are 17 metallic elements in the middle of the periodic table (atomic numbers 21, 39, and 57-71) that have unusual fluorescent, conductive, and magnetic properties that make them incompatible with more common metals such as Iron) is very useful when alloyed or mixed in small amounts. Geologically speaking, rare earth elements are not particularly rare. Deposits of these metals are found in many parts of the world, and some elements are present in roughly the same amount as copper or tin. However, rare earth elements have never been found in very high concentrations and are often mixed with each other or with radioactive elements such as uranium. The chemical properties of rare earth elements make it difficult to separate from surrounding materials, and these properties also make They are difficult to purify. Current production methods require large amounts of ore and generate large amounts of hazardous waste to extract only small amounts of rare earth metals, with waste from processing methods including radioactive water, toxic fluorine and acids.

Os primeiros imáns permanentes descubertos foron minerais que proporcionaban un campo magnético estable. Ata principios do século XIX, os imáns eran fráxiles, inestables e estaban feitos de aceiro carbono. En 1917, Xapón descubriu o aceiro magnético de cobalto, que fixo melloras. O rendemento dos imáns permanentes continuou mellorando desde o seu descubrimento. Para os Alnicos (aliaxes Al/Ni/Co) na década de 1930, esta evolución manifestouse no número máximo de aumento do produto enerxético (BH)max, o que mellorou moito o factor de calidade dos imáns permanentes, e para un determinado volume de imáns, o a densidade de enerxía máxima podería converterse en potencia que se pode usar en máquinas que usan imáns.

O primeiro imán de ferrita foi descuberto accidentalmente en 1950 no laboratorio de física pertencente a Philips Industrial Research nos Países Baixos. Un asistente sintetizouno por erro: debía preparar outra mostra para estudar como material semicondutor. Descubriuse que en realidade era magnético, polo que foi transmitido ao equipo de investigación magnética. Debido ao seu bo rendemento como imán e ao menor custo de produción. Como tal, foi un produto desenvolvido por Philips que marcou o inicio dun rápido aumento no uso de imáns permanentes.

Na década de 1960, os primeiros imáns de terras raras(imáns permanentes de terras raras)foron feitos de aliaxes do elemento lantánido, o itrio. Son os imáns permanentes máis fortes con magnetización de alta saturación e boa resistencia á desmagnetización. Aínda que son caros, fráxiles e ineficientes a altas temperaturas, comezan a dominar o mercado a medida que as súas aplicacións se fan máis relevantes. A propiedade de ordenadores persoais xeneralizouse na década de 1980, o que supuxo unha gran demanda de imáns permanentes para os discos duros.

Aliaxes como o samario-cobalto desenvolvéronse a mediados da década de 1960 coa primeira xeración de metais de transición e terras raras, e a finais da década de 1970, o prezo do cobalto subiu severamente debido á inestabilidade do abastecemento no Congo. Nese momento, os imáns permanentes de samario-cobalto (BH)max máis altos eran os máis altos e a comunidade investigadora tivo que substituír estes imáns. Uns anos máis tarde, en 1984, o desenvolvemento de imáns permanentes baseados en Nd-Fe-B foi proposto por primeira vez por Sagawa et al. Usando a tecnoloxía de pulvimetalurxia en Sumitomo Special Metals, utilizando o proceso de fiación en fusión de General Motors. Como se mostra na seguinte figura, (BH)max mellorou ao longo de case un século, comezando en ≈1 MGOe para o aceiro e alcanzando uns 56 MGOe para imáns de NdFeB nos últimos 20 anos.

A sustentabilidade nos procesos industriais converteuse recentemente nunha prioridade, e os elementos de terras raras, que foron recoñecidos polos países como materias primas fundamentais debido ao seu alto risco de subministración e importancia económica, abriron áreas para a investigación de novos imáns permanentes libres de terras raras. Unha posible dirección de investigación é mirar cara atrás aos imáns permanentes desenvolvidos máis antigos, os imáns de ferrita, e estudalos aínda máis utilizando todas as novas ferramentas e métodos dispoñibles nas últimas décadas. Varias organizacións están a traballar agora en novos proxectos de investigación que esperan substituír os imáns de terras raras por alternativas máis ecolóxicas e eficientes.